Слиток — это кусок относительно чистого материала, обычно металла , отлитый в форму, пригодную для дальнейшей обработки . [1] В производстве стали это первый шаг среди литейных полуфабрикатов . Для получения полезного конечного продукта слитки обычно требуют второй процедуры формования, такой как холодная/горячая обработка, резка или фрезерование. Неметаллические и полупроводниковые материалы, полученные в объемной форме, также могут называться слитками, особенно при литье методами, основанными на использовании форм. [2] Слитки драгоценных металлов могут использоваться в качестве валюты (с переработкой в другие формы или без нее) или в качестве валютного резерва, как в случае с золотыми слитками .
Слитки обычно изготавливаются из металла, чистого или сплава, нагреваются выше точки плавления и отливаются в стержень или блок с использованием метода охлаждения в форме.
Особым случаем являются поликристаллические или монокристаллические слитки, изготовленные методом вытягивания из расплавленного расплава.
Монокристаллические слитки (так называемые були ) материалов выращиваются (рост кристаллов) с использованием таких методов, как процесс Чохральского или метод Бриджмена .
Були могут быть либо полупроводниковыми (например, пластины электронных чипов , фотоэлектрические элементы ), либо непроводящими неорганическими соединениями для промышленного и ювелирного использования (например, синтетический рубин, сапфир).
Монокристаллические слитки металла производятся аналогично тому, как производятся слитки полупроводников высокой чистоты [3] , т.е. путем вакуумного индукционного рафинирования. Монокристаллические слитки конструкционных металлов представляют интерес из-за их очень высокой прочности из-за отсутствия границ зерен . Метод производства заключается в использовании монокристаллического дендрита , а не в виде простого литья. Возможное использование включает лопатки турбин .
В Соединенных Штатах промышленность по производству латунных и бронзовых слитков возникла в начале 19 века. К 1850-м годам латунная промышленность США стала производителем номер один. [4] В колониальные времена латунная и бронзовая промышленность практически не существовала, поскольку британцы требовали , чтобы вся медная руда отправлялась в Великобританию для переработки. [5] Слитки сплава на основе меди весили примерно 20 фунтов (9,1 кг). [6] [7]
Слитки изготавливаются путем охлаждения расплавленной жидкости (известной как расплав) в форме. Производство слитков преследует несколько целей.
Во-первых, форма предназначена для полного затвердевания и формирования соответствующей зернистой структуры, необходимой для последующей обработки, поскольку структура, образующаяся при охлаждении расплава, контролирует физические свойства материала.
Во-вторых, форма и размер формы разработаны таким образом, чтобы облегчить манипулирование слитками и их последующую обработку. Наконец, форма спроектирована так, чтобы минимизировать потери расплава и облегчить выброс слитка, поскольку потеря расплава или слитка увеличивает производственные затраты на готовую продукцию.
Существуют различные конструкции пресс-форм, которые можно выбрать с учетом физических свойств жидкого расплава и процесса затвердевания. Формы могут существовать с верхней, горизонтальной или восходящей заливкой и могут иметь рифленые или плоские стенки. Рифленая конструкция увеличивает теплопередачу за счет большей площади контакта. В зависимости от требований к теплопередаче формы могут иметь цельную «массивную» конструкцию, отливку в песчаную форму (например, для чугуна) или корпуса с водяным охлаждением. Формы для слитков имеют коническую форму, чтобы предотвратить образование трещин из-за неравномерного охлаждения. Образование трещин или пустот происходит, когда переход от жидкости к твердому телу сопровождается соответствующим изменением объема при постоянной массе материала. Образование этих дефектов слитка может сделать отлитый слиток бесполезным, и его, возможно, придется переплавить, переработать или выбросить.
Физическая структура кристаллического материала во многом определяется способом охлаждения и осаждения расплавленного металла. В процессе разливки металл, контактирующий со стенками слитка, быстро охлаждается и образует либо столбчатую структуру, либо, возможно, «зону охлаждения» из равноосных дендритов , в зависимости от охлаждаемой жидкости и скорости охлаждения формы. [8]
Для слитка, заливаемого сверху, по мере того, как жидкость охлаждается внутри формы, эффекты дифференциального объема приводят к тому, что верхняя часть жидкости отступает, оставляя изогнутую поверхность на вершине формы, которую в конечном итоге может потребоваться обработать на станке из слитка. Эффект охлаждения формы создает опережающий фронт затвердевания, который имеет несколько связанных с ним зон, ближе к стенке находится твердая зона, отбирающая тепло от затвердевающего расплава, для сплавов может существовать «кашеобразная» зона, являющаяся результатом твердого -области равновесия жидкости на фазовой диаграмме сплава и область жидкости. Скорость продвижения фронта определяет время, в течение которого дендриты или зародыши должны сформироваться в области затвердевания. Ширину мягкой зоны в сплаве можно контролировать путем настройки свойств теплопередачи формы или регулирования состава жидкого расплава сплава.
Также существуют методы непрерывного литья для обработки слитков, при которых стационарный фронт затвердевания формируется за счет непрерывного отбора охлажденного твердого материала и добавления расплавленной жидкости в процесс литья. [9]
Примерно 70 процентов алюминиевых слитков в США отливаются методом прямого кокильного литья , что снижает вероятность растрескивания. В общей сложности 5 процентов слитков должны быть списаны из-за трещин, вызванных напряжением, и стыковой деформации. [10]
Плоско-выпуклые слитки — широко распространенные археологические артефакты, которые изучаются с целью получения информации по истории металлургии .
СМИ, связанные со слитками, на Викискладе?
